《計笄機導論》世矣師5.：

第2章微型計算機系統(tǒng)的組成

條本章導讀：

重點闡述了微機的中央處理器、存儲器、輸入/輸

出設備的類型、發(fā)展和主要性能指標。

票重點內(nèi)容：

計算機軟、硬件系統(tǒng)構(gòu)成、中央處理器的類型、性

能和指標、存儲器的類型、性能和指標輸入輸出設備

的類型、性能和指標。

返回本節(jié)目錄

《計算機導論》z世紹荷孽制觸函

第2章微型計算機系統(tǒng)的組成

2.1概述

2.2中央處理器CPU

2.3存儲器

2.4總線與輸入/輸出接口電路

2.5輸入/輸出設備

《計算機導論》

2.1概述

2.1.1硬件系統(tǒng)

微型計算機的硬件系統(tǒng)主要由CPU、存

儲器、系統(tǒng)總線、接口電路及I/O設備等部件組

成。

《計算機導論》

2.1概述

2.1.1硬件系統(tǒng)

《計算機導論》

A世知師孰箸舊爐國到番：

顯示器

鼠標

《計算機導論》

微型計算機工作原理

運算邏輯控制

單元單元預

取

單

譯

寄

元

碼

單

元

I■

2j±J3JrJ5j

描iA

I底

運算（處理）存儲（記錄）控制（協(xié)調(diào)）

《計算機導論》A世知師孰箸

計算機的語言——二進制

進制的概念

“逢R進一，借一當R”

十進制R=10,可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

二進制R=2,可使用0」

八進制R=8,可使用012,3,4,5,6,7

十六進制R=16,可使用0,……,9,A,B,C,D,E,F

《計算機導論》

二進制概念

信息復制的精確性

運算規(guī)則簡單

電子線路制造計算機成為可能

《計算機導論》&世領(lǐng)赫洛

程序和指令

指令是對計算機進行程序控制的最小單位。

所有的指令的集合稱為計算機的指令系統(tǒng)。

機器指令格式

操作碼操作數(shù)

匚執(zhí)行對象（具體數(shù)、存放位置）

機器執(zhí)行什么操作

程序是為完成一項特定任務而用某種語言

編寫的一組指令序列。

《計算機導論》

信息的存儲單位

位(Bit):度量數(shù)據(jù)的最小單位

字節(jié)(Byte):最常用的基本單位

loo10101=27+24+22+2°

K字節(jié)1K=1024byte

M（兆）字節(jié)1M=1024K

G（吉）字節(jié)1G=1024M

T（太）字節(jié)1T=1024G

《計算機導論》

2.1概述

2.1.2軟件系統(tǒng)

軟件是提高計算機使用效率、擴大計算機功能的

程序總稱，它由各種程序和數(shù)據(jù)組成。軟件系統(tǒng)由系

統(tǒng)軟件和應用軟件組成。

在硬件基礎(chǔ)上的系統(tǒng)軟件是對硬件功能的擴充與

完善，而操作系統(tǒng)是配置在硬件上的第一層軟件，它

是對硬件功能的第一次擴充，從而構(gòu)成了一個比硬件

裸機功能更強大、使用更方便的”虛擬計算機”。所

有系統(tǒng)實用程序以及更上層的應用程序都在操作系統(tǒng)

虛擬機上運行，他們受操作系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和控制。

硬件和軟件的整體稱為計算機系統(tǒng)資源，其系統(tǒng)構(gòu)成

示意圖見圖2-2。

《計算機導論》

2.1概述

2.1.2軟件系統(tǒng)

「監(jiān)控程序

操作系統(tǒng)

編輯程序

廣系統(tǒng)軟件解釋程序

編譯程序

I診斷程序

軟件＜'機器語言

程序設計語言I匯編語言

高級語言

L應用軟件：如軟件包、數(shù)據(jù)庫等

《計算機導論》

輸入設備

系統(tǒng)服務程序

實時控制軟件

《計笄機導論》世矣師5.：

2.2中央處理器CPU

2.2.1CPU主要指標、技術(shù)和發(fā)展

1、CPU主要性能指標

(1)CPU字長：CPU的字長(位數(shù))通常是指

CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度或位數(shù)。它是CPU數(shù)據(jù)

處理能力的重要指標。

(2)CPU主頻。CPU主頻也叫CPU的工作頻率

或CPU內(nèi)部總線頻率，是CPU內(nèi)核(整數(shù)和浮

點運算器)電路的實際運行頻率，亦是CPU自

身工作頻率。

《計笄機導論》世矣師5.：

2.2中央處理器CPU

2.2.1CPU主要指標、技術(shù)和發(fā)展

(3)CPU外頻。CPU的外頻也是指CPU從主板上獲得的

工作頻率。它是由主板上晶體震蕩電路為CPU提供的

基準時鐘頻率，也就是主板的工作頻率。

(4)CPU倍頻系數(shù)

CPU主頻、外頻和倍頻系數(shù)關(guān)系如下：

CPU主頻=CPU外頻X倍頻系數(shù)

(5)前端總線頻率。前端總線(FSB：FrontSideBus)

指主板芯片組中的北橋芯片與CPU之間傳輸數(shù)據(jù)的通

道，因此也可以稱為是CPU的外部總線。

《計笄機導論》世矣師5.：

2.2中央處理器CPU

2.2.1CPU主要指標、技術(shù)和發(fā)展

2、CPU技術(shù)

(1)CPU字長：CPU的字長(位數(shù))通常是指

CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度或位數(shù)。它是CPU數(shù)據(jù)

處理能力的重要指標。

(2)CPU主頻。CPU主頻也叫CPU的工作頻率

或CPU內(nèi)部總線頻率，是CPU內(nèi)核(整數(shù)和浮

點運算器)電路的實際運行頻率，亦是CPU自

身工作頻率。

.■一___尸.,T**G??

《計算機導論》世紀當趟富用青熱怙與彳二三產(chǎn)比;三二上

2.2中央處理器CPU

2.2.1CPU主要指標、技術(shù)和發(fā)展

2、CPU技術(shù)

(4)指令與數(shù)據(jù)分開。經(jīng)典奔騰有兩個高速緩存，一個

用于緩存指令，一個用于緩存數(shù)據(jù)，這種把指令與數(shù)

據(jù)分開存取結(jié)構(gòu)稱為哈佛結(jié)構(gòu)

(5)固化常用指令。奔騰把常用指令，例如把MOV、

ADD、INC、DEC、PUSH等指令改用硬件實現(xiàn)，而不

用微代碼操作，使指令的運行速度進一步加快。

(6)增強的32位數(shù)據(jù)總線。

(7)采用PCI局部總線。

(8)錯誤檢測及功能冗余校驗技術(shù)。

(9)能源效率技術(shù)。

(10)支持多重處理。

《計算機導論》2/域負筑孝|

2.2中央處理器CPU

2.2.1CPU主要指標、技術(shù)利發(fā)展,

3、CPU的發(fā)展

CPU從最初發(fā)展至今已經(jīng)有三十多年的歷史了，

這期間，按照其處理信息的字長，CPU可以分

為：4位處理器、8位處理器、16位處理器、32

位處理器以及64位處理器，可以說個人電腦的

發(fā)展是隨著CPU的發(fā)展而前進的，甚至可以說

英特爾的發(fā)展史就是CPU的發(fā)展史。

《計算機導論》

2.2中央處理器CPU

2.2.1CPU主要指標、技術(shù)和發(fā)展

3、CPU的發(fā)展

幾種CPU的外觀圖如下所示。

圖2-34004CPU圖2-480386

《計算機導論》利般

2.2中央處理器CPU

2.2.1CPU主要指標、技術(shù)和發(fā)展

3、CPU的發(fā)展

幾種CPU的外觀圖如下所示。

TEXAS

INSTRUMENTS

486DX2?80

VCC*XMSV

?FOHX”USECNif

圖2-6PentiumPro

圖2-580486

《計算機導論》

2.2中央處理器CPU

2.2.1CPU主要指標、技術(shù)和發(fā)展

3、CPU的發(fā)展

幾種CPU的外觀圖如下所示。

圖2-8Pentium4圖2-9Itanium

圖2-7Celeron

《計笄機導論》世矣師5.：

2.2中央處理器CPU

2.2.2CPU的基本組成

1、控制單元

控制單元(ContralUnit)是硬件系統(tǒng)的控制部件。

它能自動、逐條地從內(nèi)存儲器中取出指令，將指令翻

譯(轉(zhuǎn)換)成控制信號(電脈沖)，并按時間順序和

節(jié)拍，發(fā)往其他部件，指揮各部件有條不紊地協(xié)同工

作。

2.運算單元

運算單元(ArithmeticLogicUnit,ALU)又稱為

算術(shù)邏輯單元，是負責處理數(shù)據(jù)的部件。它既能進行

力口、減、乘、除等算術(shù)運算，又能進行與、或、非、

比較等邏輯運算?？梢园阉茸鰯?shù)據(jù)的加工廠。

《計算機導論》

2.2中央處理器CPU

2.2.2CPU的基本組成

3、摩爾定律

在芯片制造技術(shù)中，有一條摩爾定律（Moore飛

Law）,即每十八個月集成電路的密度翻一番，

表示它的功能要翻一番。摩爾是英特爾公司的

創(chuàng)始人之一，20多年來，該定律在業(yè)界一直正

確，帶動著微機不停地更新?lián)Q代，總的趨勢是

CPU字長“位”數(shù)不斷增多，速度指標“主頻”

不斷加快，功能不斷增強，而價格又不斷下降。

《計算機導論》

計算機第一定律——摩爾定律

單

19751^80198519901995位

時

晶

10M一Ik/Unrc500

體(tranfltstors)(mips)

2000間

百

管

1MPentltmfW25萬

執(zhí)

ccProoos?or條

數(shù)._80486

行/

10OKsoaae1.0每

秒

?,--'30286的

1OK■0.1

指

■?Soao

令

,40040.01

數(shù)

每18個月芯片能力增長一倍。

《計算機導論》21世經(jīng)斯孽

2.3存儲器

2.3.1存儲器的分類

1、按存儲介質(zhì)分類

(1)半導體存儲器

(2)磁表面存儲器

(3)光存儲器

2、按存儲器的讀寫功能分類

(1)只讀存儲器ROM

(2)隨機存儲器RAM

《計算機導論》2,世季

2.3存儲器

2.3.1存儲器的分類

3、按信息的可保存性分類

(1)非永久性記憶的存儲器。

(2)永久性記憶的存儲器

4.按在微機系統(tǒng)中的作用分類

(1)主存儲器

(2)輔助存儲器

(3)高速緩沖存儲器

《計算機導論》

2.3存儲器

2.3.2存儲器的基本性能指標

1、存儲容量

存儲器可以存儲的二進制信息總量稱為存儲容量。

存儲容量通常以字節(jié)（B）為單位來表示，對于大容量存

儲器還可以用千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、吉字

節(jié)（GB）、太字節(jié)（TB）等表示。其換算關(guān)系為：

1KB=21OB=1O24B

1MB=22OB=1024KB

1GB=23OB=1024MB

1TB=24OB=1024GB

《計算機導論》

2.3存儲器

2.3.2存儲器的基本性能指標

2、存取速度

存儲器的存取速度可以用存取時間和存取周期來衡量。

（1）存取時間。存取時間是指啟動一次存儲器操作到

完成該操作所用的時。

（2）存取周期。存取周期是指連續(xù)兩次獨立的存儲器

操作之間的最小時間間隔。通常存取周期略大于存取

時間，其差別與存儲器的物理實現(xiàn)細節(jié)有關(guān)。

3、價格

存儲器的價格常用每位的價格來衡量。

《計算機導論》

2.3存儲器

2.3.3存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

所謂存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，就是把各種不同存

儲容量、存取速度和價格的存儲器按層次結(jié)構(gòu)

組成多層存儲器，并通過管理軟件和輔助硬件

有機組合成統(tǒng)一的整體，使所存放的程序和數(shù)

據(jù)按層次分布在各種存儲器中。目前，在計算

機系統(tǒng)中通常采用三級層次結(jié)構(gòu)來構(gòu)成存儲系

統(tǒng)，主要由高速緩沖存儲器Cache、主存儲器

和輔助存儲器組成，如圖2-10所示。

《計算機導論》&世領(lǐng)赫洛

圖2-10存儲系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)

-二.■————「?*T*Geaa

《計算機導論》世紀當趟富用青榆怙??與*.??彳******二*?■?三??產(chǎn)MB*.?據(jù)**;■三二?■上

2.4總線與輸入/輸出接口電路

2.4.1總線

總線：計算機系統(tǒng)中傳輸信息的公共通道。按位置可

將總線分為以下三類：

(1)片內(nèi)總線：片內(nèi)總線是指在微處理器芯片內(nèi)部各

單元之間傳輸信息的總線，它主要用于芯片級的互連。

(2)系統(tǒng)總線：也稱內(nèi)總線，用以實現(xiàn)微機系統(tǒng)與各

種擴展插件板之間的相互連接，是微機系統(tǒng)所特有的

總線，一般用于模板之間的連接，系統(tǒng)總線有時也稱

為板級總線。目前這類總線已基本上實現(xiàn)了標準化，

例如STD總線、ISA總線、VESA總線、PCI總線等。在

微型計算機主板上的各種擴展插槽都屬于內(nèi)總線。

《計算機導論》2/世紹靛毒翎倒蹈卻瞳皆

2.4總線與輸入/輸出接口電路

241總線

(3)外部總線

這是微型計算機之間或微型計算機與外部

設備之間進行通信的總線，主要用于設備級的

互連。外部總線也稱為通信總線。其種類比較

多，通常與特定的設備有關(guān)，例如：RS-232C

總線、RS-458總線、USB總線等。

圖2-11所示即為常見的微型計算機總線層次的

典型結(jié)構(gòu)。

《計算機導論》

《計算機導論》

2.4總線與輸入/輸出接口電路

2.4.2ISA、PCLAGP、USB、IEEE1394總線

1.ISA(IndustryStandaryArchitecture)總線

(1)數(shù)據(jù)寬度：16位+，

(2)工作頻率：8MHZ

(3)數(shù)據(jù)傳輸率：8Mb/S-

(4)尋址空間：1M

2.PCI(PeripheralComponentInterconnect)總線

(1)數(shù)據(jù)寬度：32位，可擴展到64位

(2)工作頻率：33MHZ

(3)數(shù)據(jù)傳輸率：133Mb/S

《計算機導論》

2.4總線與輸入/輸出接口電路

2.4.2ISA、PCLAGP、USB、IEEE1394總線

3、AGP(AdvancedGraphicsPort)總線

AGP是Inte1公司配合Pentium處理器開發(fā)的總線標準，

它是一種可自由擴展的圖形總線結(jié)構(gòu)。

(1)數(shù)據(jù)寬度：32位

(2)工作頻率：33MHz或133MHz

(3)數(shù)據(jù)傳輸率：266Mb/S或533Mb/S

4、通用串行總線USB(UniversalSerialBus)總線

通用串行總線是一種新型的輸入/輸出總線接口。USB

接口為外部設備提供電源，USB設備可以起集線器作

用，通過集線器可同時連接127臺輸入/輸出設備。最

大數(shù)據(jù)傳輸率為12Mb/S。

《計算機導論》

2.4總線與輸入/輸出接口電路

2.4.2ISA、PCLAGP、USB、IEEE1394

總線

5、IEEE1394總線

IEEE1394是一種連接外部設備的機外總線，按

串行方式通信。這種接口標準允許把計算機、

計算機外部設備（如硬盤、打印機、掃描儀）、

各種家電（如數(shù)碼相機、DVD播放機、視頻電

話等）非常簡單地連接在一起。

《計算機導論》

2.4總線與輸入/輸出接口電路

2.4.3輸入/輸出接口電路

1、硬盤接口

目前在微機中使用最廣泛的硬盤接口標準是IDE和

SCSI標準。

(1)IDE由Compaq開發(fā)并由WesternDigital公司生產(chǎn)的

硬盤控制器接口。它的最大特點是把控制器集成到硬

盤驅(qū)動器內(nèi)。

(2)EIDE(EnhancedIDE)接口標準。EIDE是Western

Digital為取代IDE而開發(fā)的接口標準。采用EIDE接口的

微機系統(tǒng)中，己直接將EIDE接口集成在主板上，不再

需要單獨的適配卡。

《計算機導論》

2.4總線與輸入/輸出接口電路

2.4.3輸入/輸出接口電路

（3）SCSI（SmallComputerSystemInterface,小

型計算機系統(tǒng)接口）接口標準。SCSI由美國國

家標準協(xié)會（ANSI）1986年6月公布的接口標

準（稱為SCSI-1）,1990年又推出了SCSI-2標

準。可與各種采用SCSI接口標準的外部設備相

連，如硬盤驅(qū)動器、掃描儀、光盤、打印機和

磁帶驅(qū)動器等。

-二.■————「?*T*Geaa

《計算機導論》世紀當趟富用青榆怙??與*.??彳******二*?■?三??產(chǎn)MB*.?據(jù)**;■三二?■上

2.4總線與輸入/輸出接口電路

2.4.3輸入/輸出接口電路

2、RS-232-C接口

RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(ElectronicIndustry

Association)制定的一種竄行接口標準。RS是英文

“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數(shù)。

RS-232-C總線標準設有25條信號線，包括一個主通道

和一個輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對

于一般的通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)

送線、一條接收線及一條地線。最大通信距離為15m。

串行接口目前最普遍的用途是連接鼠標和調(diào)制解調(diào)器,

常被稱為異步通信適配器接口，串行端口插座分為9針

或25針兩種。串行接口被賦予專門的設備名C0M1和

COM2o

《計算機導論》

25輸入/輸出設備

2.5.1輸入設備

1、鍵盤

微型機的鍵盤是從英文打字機演變而來的。鍵

盤是微型計算機不可缺少的輸入設備，如圖2-

12所示。任何一臺微機首先必須具備一個標準

的通用鍵盤，在這個鍵盤上應有26個英文字母

鍵，"(T到"9"十個阿拉伯數(shù)字鍵和其他一些

功能鍵。

《計算機導論》2,增結(jié)嬴詞崎述皿

圖2-12鍵盤

-二.■————「?*T*Geaa

《計算機導論》世紀當趟富用青榆怙??與*.??彳******二*?■?三??產(chǎn)MB*.?據(jù)**;■三二?■上

2.5輸入/輸出設備

2.5.1輸入設備

2.鼠標

由于Windows操作系統(tǒng)的盛行，因此在和計算機溝通

方式中，鼠標這類指向裝置便有其重要的地位。鼠標

能方便地將光標準確定位在要指定的屏幕位置，很方

便地完成各種操作。因此，在Windows操作系統(tǒng)中鼠

標是必不可少的輸入設備。如圖2-13所示。

鼠標分為機械式、光學式和光學機械式三種，對鼠標

的操作可分為左擊、右擊、雙擊及拖動，這四種不同

的操作可以實現(xiàn)不同的功能。

鼠標器最常用接口有3種：串行口、專用鼠標器端口

(PS/2)、USB接口。

《計算機導論》

圖2-13鼠標

《計算機導論》

2.5輸入/輸出設備

2.5.1輸入設備

3、掃描儀

掃描儀是計算機輸入圖片使用的主要設備，它

內(nèi)部有一套光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可以把各種圖片信

息轉(zhuǎn)換成計算機圖像數(shù)據(jù)，并傳送給計算機，

再由計算機進行圖像處理、編輯、存儲、打印

輸出或傳送給其他設備。

按色彩來分，掃描儀分成單色和彩色兩種；按

操作方式分，可分為手持式和臺式掃描儀。

掃描儀的主要技術(shù)指標有分辨率、灰度層次、

掃描速度等。

掃描儀如圖2-14所示

《計算機導論》2,世系潑用皤

圖2-14掃描儀

《計算機導論》

2.5輸入/輸出設備

2.5.2輸出設備

1、顯示設備

(1)CRT顯示器

CRT顯示器可以依顯像管的顏色來分，如單色和彩色，

彩色可以顯示彩色，也可以顯示單色。但是，在實際

使用中，人們習慣于以顯示器所連接主機的顯示卡來

分。如MDA單色顯示器、CGA彩色顯示器、EGA彩色

顯示器、VGA彩色顯示器、TVGA彩色顯示器等。

CRT顯示器如圖2-15所示。

《計算機導論》

圖2-15CRT顯示器

-二.■————「?*T*Geaa

《計算機導論》世紀當趟富用青榆怙??與*.??彳******二*?■?三??產(chǎn)MB*.?據(jù)**;■三二?■上

2.5輸入/輸出設備

2.5.2輸出設備

CRT顯示器的主要技術(shù)指標：

屏幕尺寸。指屏幕對角線長度,一般有14、15、17、19、20、21

英寸等多個尺寸。

且距：指CRT（陰極射線管）上兩個顏色相同的磷光點之間的距

離，單位是mm

像素和分辨率°分辨率指屏幕上像素的數(shù)目,像素是指組成圖像

的最小單位，也即上面提到的發(fā)光點。比如，800X600的分辨率

是說在水平方向上有800個像素，在垂直方向有600個像素。為了

控制像素的亮度和彩色深度，每個像素需要很多個二進制位來表

示，四果要顯示256種顏色，則每個像素至少需要8位（一個字節(jié)）

來表不。

帶正帶寬是指每秒鐘電子槍掃描過的圖像點的個數(shù)，以MHz為單

位，它表明了顯示器電路可以處理的頻率范圍。

《計算機導論》

2.5輸入/輸出設備

2.5.2輸出設備

（2）LCD（LiquidCrystalDisplay,液晶顯示器）。有低

眩目的全平面屏幕，低